امکانات پیشرفته تولید کارآمدچراغ (دیود نور) تبدیل به یک نقطه داغ برای رقابت در صنعت استراتژی بین المللی در حال ظهور است. در زنجیره صنعت LED، بالادست شامل مواد پایه، اپیتاکسی، طراحی تراشه و تولید است، میانه شامل فن آوری بسته بندی، تجهیزات و تکنولوژی تست را پوشش می دهد، و LED های صفحه نمایش، برنامه های روشنایی و نورپردازی در پایین دست است. در حال حاضر، فرآیند فسفر آبی LED + فسفات زرد عمدتا برای تحقق بخشیدن به نور LED با قدرت بالا استفاده می شود، یعنی یک فلاش زرد رنگ YAG زرد (گریت آلومینیوم یتیم) فسفر زرد توسط بخشی از آبی رنگ مبتنی بر GaN LED و بخش دیگری از نور آبی از طریق فسفر منتشر می شود. نور زرد که توسط فسفر زرد منتشر می شود با نور آبی فرستاده شده برای دریافت نور سفید مخلوط می شود. نور آبی که از طریق تراشه آبی LED منتشر می شود از طریق فسفر زرد پوشیده شده در اطراف آن عبور می کند و فسفر از طریق بخشی از نور آبی برای نور زرد منتشر می شود و طیف نور آبی و طیف نور زرد همدیگر را با هم ترکیب می کنند تا سفید شوند سبک.
به عنوان بخش مهمی از زنجیره صنعت، بسته بندی با چراغ های با قدرت بالا، تکنولوژی تولید هسته ای برای ترویج کاربرد عملی نورپردازی و صفحه نمایش نیمه هادی است. تنها با توسعه مقاومت کم حرارتی، بازده نورانی بالا و قابلیت اطمینان بالا، بسته بندی LED و تکنولوژی تولید، چیپ های LED به خوبی حفاظت مکانیکی و الکتریکی را کاهش می دهند و باعث کاهش تاثیر مکانیکی، الکتریکی، حرارتی، مرطوب و سایر عوامل خارجی بر عملکرد تراشه برای اطمینان از LED کار پایدار و قابل اعتماد تراشه می تواند کارآمد و مستمر عملکرد بالا نورپردازی و اثرات صفحه نمایش، به تحقق بخشیدن به صرفه جویی در انرژی صرفه جویی و طول عمر LED ها، و ترویج توسعه خوش خیم کل روشنایی نیمه هادی و نمایش زنجیره صنعت با توجه به توجه به منافع بازار توسط شرکت های وابسته خارجی، فن آوری ها و تجهیزات اصلی مرتبط مسدود می شوند. بنابراین، ضروری است که مستقل از فناوری بسته بندی LED با قدرت بالا، به ویژه تجهیزات بسته بندی LED سفید، توسعه یابند. این مقاله به طور خلاصه به معرفی وضعیت تحقیق و کاربردی بسته بندی LED با قدرت بالا، تجزیه و تحلیل و خلاصه مسائل کلیدی فنی در فرآیند بسته بندی LED های با قدرت بالا، به منظور جلب توجه همتایان داخلی و تلاش برای دستیابی به استقلال از تکنولوژی های قدرتمند و قدرتمند LED کلیدی و تجهیزات. .
فناوری فرایند بسته بندی نقش مهمی در عملکرد LED دارد. انتخاب روش های بسته بندی چراغ، مواد، ساختارها و فرآیندها به واسطه عوامل نظیر ساختار تراشه، ویژگی های اپتیکی الکترونیک / مکانیکی، کاربردهای خاص و هزینه ها، تعیین می شود. با افزایش قدرت، به ویژه توسعه تکنولوژی روشنایی حالت جامد، الزامات جدید و بالاتر برای ساختارهای نوری، حرارتی، الکتریکی و مکانیکی بسته های LED مطرح شده است. برای به طور موثر کاهش مقاومت حرارتی بسته و بهبود کارایی نور، یک ایده جدید فنی برای طراحی بسته باید پذیرفته شود. از دیدگاه سازگاری فرایند و کاهش هزینه های تولید، طراحی بسته بندی LED باید همزمان با طراحی تراشه انجام شود، یعنی طراحی بسته باید ساختار و پروسه بسته را در نظر بگیرد. در حال حاضر، روند اصلی توسعه ساختار بسته بندی LED های قدرت عبارتند از: کوچک سازی اندازه، حداقل مقاومت در برابر حرارتی دستگاه، پچ فلزی، حداکثر دمای اتصال مقاومت، حداکثر شار تک لامپ؛ هدف این است که افزایش شار نور، بازده نور و کاهش نور. ریزش، از دست دادن کارایی، بهبود سازگاری و قابلیت اطمینان. به طور خاص، فن آوری های کلیدی این بسته بندی عبارتند از: تکنولوژی پراکندگی حرارتی، تکنولوژی طراحی نوری، تکنولوژی طراحی ساختاری، تکنولوژی پوشش فسفر و تکنولوژی لحیم کاری ائوتکیستی.
1، فن آوری خنک کننده
گرادیان گرادیان گرمی می تواند از دمای 120 درجه عبور نکند. حتی آخرین دستگاه های معرفی شده توسط Lumileds، Nichia، CREE و غیره، حداکثر گره گرما نمی تواند بیش از 1500 درجه سانتیگراد باشد. بنابراین، اثر تابش حرارتی دستگاه های LED اساسا ناچیز است و هدایت حرارتی و ترانسفورماتور، راه اصلی برای تخلیه گرما LED است. در طراحی تخریب گرما، هدایت گرما برای اولین بار مورد توجه قرار گرفته است، زیرا گرما برای اولین بار از ماژول بسته بندی LED به گرمای خورشید هدایت می شود. بنابراين مواد باندينگ و سوبسترا، اتصال كليدي فناوري تسريع كننده حرارتی LED است.
مواد باندینگ عمدتا شامل سه راه اصلی چسب رسانای حرارتی، رول نقره رسانا و آلیاژ لحیم کاری است. چسب هدایت حرارتی یک نوع پرکننده با هدایت حرارتی بالا به داخل بستر است، مانند SiC، A1N، A12O3، SiO2، و غیره، در نتیجه بهبود هدایت گرما را افزایش می دهد؛ رب رسوب نقره یک ماده کامپوزیتی است که با افزودن پودر نقره به رزین اپوکسی تشکیل شده و سخت شدن خمیر آن اعمال می شود. دمای به طور کلی کمتر از 200 درجه سانتیگراد است که مزایای هدایت حرارتی خوب و عملکرد پیوندی قابل اعتماد است، اما جذب نور توسط خمیر نقره نسبتا بزرگ است و باعث کاهش کارایی نور می شود.
بستر عمدتا شامل سه حالت اصلی سوبستر سرامیکی، یک بستر سرامیکی و یک بستر کامپوزیت است. بستر سرامیکی عمدتا یک بستر LTCC و یک بستر AIN است. Substrate LTCC دارای مزایای بسیاری از قبیل قالب بندی آسان، فرایند ساده، هزینه کم و آسان ساختن اشکال مختلف است. آل و Cu مواد عالی برای بستر بسته های LED هستند. با توجه به رسانایی مواد فلزی، اغلب لازم است عایق سطحی را تصویب کنیم. Anodizing برای ایجاد یک لایه عایق نازک روی سطح. کامپوزیت ماتریس فلزی عمدتا شامل مواد کامپوزیتی Cu و مواد کامپوزیتی مبتنی بر آلومینیم می باشد. Occhionero و همکاران استفاده از AlSiC را بر روی تلنگرهای تراشه، دستگاه های optoelectronic، دستگاه های قدرت و غرقاب کننده های LED با قدرت بالا مورد بررسی قرار داد. اضافه کردن گرافیت پیرولیتیک به AlSiC نیز مطابق با الزامات برای گرمازدگی بالاتر است. در آینده انواع مختلفی از بستر های کامپوزیت وجود دارد: مواد کربن یکسانی، کامپوزیت های ماتریس فلزی، کامپوزیت های پلیمر، کامپوزیت های کربن و آلیاژهای پیشرفته فلز.
علاوه بر این، رابط بسته تاثیر زیادی بر مقاومت حرارتی دارد. کلید بهبود بسته بندی LED، کاهش مقاومت رابط و رابط در برابر حرارت و افزایش جریان گرما است. بنابراین، انتخاب مواد رابط حرارتی بین تراشه و سوپاپ گرما، بسیار مهم است. استفاده از دمای پایین یا لحیم یوتکتیک، جوش لحیم کاری یا رسانا با ذرات نانو به عنوان مواد واسط حرارتی می تواند به شدت مقاومت در برابر حرارت را کاهش دهد.
2، تکنولوژی طراحی نوری
طراحی نوری بسته بندی LED شامل طراحی داخلی نوری و طراحی بیرونی بیرونی است.
کلید طراحی داخلی نوری، انتخاب و کاربرد چسب پخت و پز است. در انتخاب چسب پخت و پز، لازم است که از پرتو نور بالا، شاخص شکست انبساط، ثبات حرارتی خوب، سیالیت خوب و اسپری آسان است. برای افزایش قابلیت اطمینان بسته بندی لامپ، ترکیب گلدان نیز مورد نیاز است که دارای کم هیدروکسیکیتی، کم فشار، دما و حفاظت از محیط زیست باشد. ترکیبات متداول مورد استفاده شامل رزین اپوکسی و ژل سیلیکا هستند. در میان آنها، سیلیسیم ژل دارای انتقال نور بالا (انتقال بالا در محدوده قابل توجهی بیش از 99٪)، شاخص شکست انبساط (1.4 تا 1.5)، پایداری حرارتی خوب (می تواند با درجه حرارت بالا 200 درجه سانتی گراد)، و استرس کم مدول یانگ (کم)، کم هیدروکسی سیتی (کمتر از 0.2٪)، و غیره، به طور قابل توجهی بهتر از رزین اپوکسی، به طور گسترده ای در بسته بندی های LED با قدرت بالا استفاده می شود. با این حال، عملکرد ژل سیلیکا به شدت تحت تاثیر دمای محیط قرار می گیرد که بر راندمان نور و نور شدید نور تاثیر می گذارد. بنابراین، روند آماده سازی سیلیکاژل باید بهبود یابد.
طراحی نوری خارجی اشاره به همگرایی و شکل دادن به پرتو خروجی به منظور ایجاد یک میدان نور با توزیع شدت حتی. این عمدتا شامل طراحی غلظت بازتابنده (اپتیک اولیه) و طراحی لنز (اپتیک ثانویه) است. برای ماژول های آرایه، شامل توزیع آرایه های تراشه نیز می شود. لنزهای معمولی شامل لنزهای محدب، لنزهای مقعر، آینههای کروی، لنزهای فرسلن، لنزهای ترکیبی و غیره است. روش مونتاژ لنزها و چراغهای قدرتمند می تواند هوای محکم و نیمه hermetic باشد. در سال های اخیر با توجه به الزامات تلفیقی پس از بسته بندی، با توجه به الزامات یکپارچه سازی، لنز مورد استفاده برای شکل گیری پرتو از یک آرایه میکرولن استفاده می کند و آرایه میکرولنس می تواند همپوشانی موازی دو بعدی، شکل گیری، کالیماسیون و غیره را در نوری مسیر. این مزایای استفاده از دقت بالای هماهنگی، ساخت راحت و قابل اعتماد، و اتصال آسان با سایر دستگاه های مسطح است. تحقیقات نشان می دهد که استفاده از آرایه های میکرولنز diffractive، به جای لنزهای معمولی یا میرلنس فرنل، می تواند کیفیت پرتو را افزایش دهد و شدت نور منتشر شده را افزایش دهد. LED ها امیدوار کننده ترین تکنولوژی جدید برای شکل دادن به پرتو هستند.
3، ساختار بسته بندی LED
فناوری و ساختار LED بسته بندی شده در چهار مرحله در سرب، بسته بندی برق، تراشه (SMD)، تراشه روی برد (COB) بوده است.
(1) بسته رهبری رهبری
بسته پایه LED از فریم های سرب به عنوان پین برای انواع مختلف بسته استفاده می کند. این اولین ساختار بسته است که در بازار به طور موفقیت آمیز توسعه یافته است. تنوع محصولات بالا است، بلوغ فن آوری بالا است و ساختار و لایه بازتابنده در داخل بسته هنوز بهبود یافته است. این معمولا در ساختار بسته 3 تا 5 میلی متری استفاده می شود و معمولا برای بسته های LED با جریان کم (20 تا 30 میلی آمپر) و قدرت کم (کمتر از 0.1W) استفاده می شود. این عمدتا برای صفحه نمایش یا نشانگر دستگاه استفاده می شود و همچنین می تواند به عنوان یک صفحه نمایش برای ادغام در مقیاس بزرگ استفاده شود. مضرات این است که بسته دارای مقاومت حرارتی بزرگ است (به طور کلی بالاتر از 100K / W) و دارای یک زندگی کوتاه است.
(2) بسته Power LED
تراشه و بسته بندی LED در جهت قدرت بالا توسعه یافته است. در جریان بالا جریان شار 10-20 برابر بزرگتر از LED Φ5mm است. برای حل مشکل ناپدید شدن نور باید از مواد منفجره موثر و مواد بسته بندی ناپایدار استفاده شود. بنابراین بسته و بسته نیز کلید هستند. فناوری، بستههای LED که میتوانند چندین قدرت را پشت سر بگذارند، ظهور کردهاند. نور خورشیدی LED سفید به میزان 1871 میلیمتر، راندمان نور 44.31 میلیمتر بر ساعت، فلاش سبز، و LED که می تواند مقاومت 10 وات توسعه یافته است. لوله؛ اندازه 2.5mm X2.5mm، می تواند در جریان 5A کار کند، نور خروجی تا 2001 lm، به عنوان یک منبع نور جامد دارای مقدار زیادی برای توسعه است.
(3) نوع سوپر (SMD) نوع (SMD) بسته بندی LED
در اوایل سال 2002، LED های بسته بندی شده سطح (SMDLED) به تدریج توسط بازار پذیرفته شدند و سهم بازار مشخصی را به دست آوردند. از سرب بسته به SMD، آن را مطابق با روند توسعه کل صنعت الکترونیک، و بسیاری از تولید کنندگان این محصولات را معرفی کرد.
SMDLED در حال حاضر بالاترین سهم بازار بسته بندی در بازار LED است. این ساختار بسته بندی LED با استفاده از یک فرایند قالب گیری تزریقی برای پوشاندن قاب فرمان فلزی در پلاستیک PPA و تشکیل یک فویل بازتابنده از یک شکل خاص است. فریم سرب فلزی از پایین صفحه ی بازتابنده به طرف دستگاه گسترش می یابد. پین های دستگاه از طریق مسطح کردن به سمت داخل یا خارج تشکیل می شوند. ساختار SMDLED بهبود یافته با تکنولوژی LED سفید LED همراه است. به منظور افزایش مصرف انرژی یک دستگاه LED به منظور افزایش روشنایی دستگاه، مهندسان شروع به یافتن راه هایی برای کاهش مقاومت حرارتی SMDLED و معرفی مفهوم گرمای خورشید کردند. این ساختار بهبود یافته، ارتفاع ساختار اصلی SMDLED را کاهش می دهد. قاب سرب فلزی به طور مستقیم در پایین دستگاه LED قرار می گیرد. فنجان بازتابی با تزریق پلاستیک در اطراف قاب فلزی شکل گرفته است. تراشه روی قاب فلزی گذاشته شده است. قاب فلزی به طور مستقیم از طریق جوش لحیم کاری لحیم شده است. یک کانال تخلیه عمودی بر روی تخته مدار شکل گرفته است. با توجه به توسعه تکنولوژی مواد، تکنولوژی بسته بندی SMD بر مشکلات اولیه از تخلیه گرما و عمر مفید غلبه کرده است و می توان از آن برای تامین چیپ های LED با قدرت بالا 1 تا 3 وات استفاده کرد.
(4) COB-LED بسته
بسته COB می تواند به طور مستقیم چندین تراشه را روی MCPCB مدار چاپی مبتنی بر فلز بکند و به طور مستقیم گرما را از طریق بستر جدا می کند، که نه تنها فرایند تولید و هزینه براکت را کاهش می دهد، بلکه همچنین از کاهش تلفات حرارت جلوگیری می کند. PCB می تواند یک کم هزینه FR-4 مواد (الیاف شیشه تقویت شده با الیاف شیشه) یا هدایت گرمائی بالا بر پایه کامپوزیت های سرامیکی یا فلز (مانند آلومینیوم یا بستر سرامیکی با پوشش مس) باشد. پیوند سیم می تواند توسط پیوند ترموسونیکی (پیوند بلبرینگ طلا) در دمای بالا و پیوند اولتراسونیک در دمای معمولی (جوشکاری ابزار آلومینیوم خسته کننده) انجام شود. تکنولوژی COB عمدتا برای بسته بندی LED های آرایه های چند منظوره با قدرت بالا استفاده می شود. در مقایسه با SMD، نه تنها ظرفیت چگالی بسته را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد بلکه مقاومت حرارتی بسته (به طور کلی 6-12W / m · K) را کاهش می دهد.
از منظر هزینه و کاربرد، COB تبدیل به جهت اصلی طراحی نورپردازی آینده می شود. ماژول LED بسته COB دارای تعدادی از تراشه های LED نصب شده بر روی بستر است. استفاده از تراشه های چندگانه نه تنها روشنایی را بهبود می بخشد، بلکه تسهیل پیکربندی منطقی تراشه های LED را نیز کاهش می دهد و میزان جریان ورودی یک تراشه LED را کاهش می دهد تا کارایی بالا را تضمین کند. علاوه بر این، این منبع نور سطح می تواند به طور گسترده ای از منطقه گرمازدایی بسته را به وجود آورد، به طوری که گرما را می توان به راحتی به پوشش بیرونی هدایت کرد. چراغ سنتی LED چراغ های LED منبع نور منحصر به فرد - ماژول منبع نور MCPCB - چراغ چراغ، عمدتا بر اساس استفاده از اجزای منبع نور هسته قابل استفاده نیست، نه تنها زمان مصرف، بلکه هزینه. در حقیقت، اگر مسیر "COB ماژول منبع نور - لامپ LED" را بگیرید، می توانید کار و زمان را صرفه جویی کنید و می توانید هزینه های بسته بندی دستگاه را ذخیره کنید.
به طور خلاصه، آیا بسته بندی یک دستگاه واحد یا بسته بندی COB مدولار، از توان کم به قدرت بالا، ساختار بستهی LED در اطراف چگونگی کاهش مقاومت حرارتی دستگاه، بهبود خروجی نور و افزایش قابلیت اطمینان طراحی شده است.
4، فن آوری پوشش فسفر
ساختار تبدیل نور، یعنی ساختار پوشش فسفر، عمدتا به تکنولوژی روشنایی نور سفید LED هدایت می شود و هدف آن تبدیل نور کمتری به طول موج نور سیگنال LED به نور طولانی دیگر است که مکمل یک رنگ مکمل (رنگ سفید مکمل).
در حال حاضر، سه راه برای تولید نور سفید با استفاده از فسفر: آبی LED با فسفر زرد وجود دارد؛ چراغ آبی با فسفر قرمز و سبز؛ UV-LED با فسفر قرمز، سبز و آبی. در میان آنها، چراغهای تجاری سفید معمولا بیشتر از نوع تک تراشه با چراغ آبی و فسفر زرد است. روش تولید نور سفید LED آبی با فسفر قرمز و سبز تنها در اختراعات OSRAM، Lumileds و غیره گزارش شده است، اما تجاری نشده است. محصولات ظاهر می شود و نحوه UV-LED ها با فسفر سه رنگ ترکیب می شود هنوز در حال توسعه است.